воздушный электрод химического источника тока и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Воздушный электрод химического источника тока представляет собой двухслойную пористую пластину, отличающийся тем, что активный слой состоит из гидрофобизированной ацетиленовой сажи в смеси с электроактивным углем марки СИТ дисперсностью 50 мкм в соотношении 25:75 мас.% и запорный слой - из гидрофобизированной ацетиленовой сажи.

2. Способ изготовления воздушного электрода включает отжиг угля при 300°С, просеивание и отбор фракции угля СИТ размером 50 мкм, приготовление гидрофобизированной ацетиленовой сажи, их смешение в пропорции 25:75 мас.%, прессование двухслойного пористого электрода в одну операцию при давлении 4000 кг/см ² без подпрессовки, что предотвращает расслаивание электрода в процессе работы и улучшает его характеристики.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химических источников тока и касается источника тока со щелочным электролитом.

Известен химический источник тока, содержащий воздушный электрод, щелочной электролит и цинковый порошок. В корпусе предусмотрены воздушные отверстия. Воздушный электрод состоит из активного слоя, пористого металлического токоотвода из никелевой губчатой структуры и защитного гидрофобного слоя [1].

Известен воздушный электрод, наиболее близкий к предполагаемому по технической сущности и достигаемому результату, содержащий гидрофобизированный порошкообразный углеродный материал и металлический сеткообразный токоотвод, расположенный в корпусе с отверстием, сепаратор, уплотнительный элемент и щелочной электролит [2].

Цель изобретения - улучшение энергетических характеристик воздушного электрода на основе изменения технологии изготовления.

Конструктивно воздушный электрод отличается тем, что представляет собой пористую двухслойную пластину. Со стороны воздуховодного отверстия в роли газораспределительной мембраны и запорного слоя по отношению к воде и СО₂ применяется гидрофобизированная ацетиленовая сажа (ГФС), а слой активной стороны состоит из ГФС и электроактивного мелкодисперсного (50 мкм) угля марки СИТ, отожженного при 300°С, в соотношении 25:75 об.%. Оптимальные гидрофобно-гидрофильные свойства активного слоя обеспечиваются давлением 4000 кг/см ². Прессование двухслойного пористого электрода проводится в одну операцию с предварительным просеиванием на ситах и отбором фракции угля с размером 50 микрон. Гидрофобизированную сажу получали методом кипячения в водном растворе фторопластовой эмульсии до выпадения в осадок, который потом декантировали и высушивали на воздухе. Объемное соотношение ГФС: активный уголь 25:75 об.% в активном слое газодиффузионного электрода, толщина слоя из ГФС со стороны воздуховодного отверстия 0,5÷0,6 мм.

Для миниатюрных воздушно-цинковых источников тока в габаритах ВЦ-43 ( 11,8 мм, Н=4,2 мм) оптимизировано соотношение ГФС и активной массы, высота таблетки 1,3 мм, дисперсность угля 50 микрон. Получены газодиффузионные электроды с плотностью тока 100÷150 мА/см ² при поляризации 200÷250 мВ без использования катализаторов из благородных металлов. Характеристики ВЦ-43, содержащие в себе различные сепараторные пленки и их расположения: ПИЛ - сепараторная трехслойная (наружные слои из полиэтиленовой пленки ППС, а средний из гидратцеллюлозы, т.е. П100); П100 - гидроцеллюлоза; СПН - сепараторная полипропиленовая с наполнителем, приведены в таблице.

Характеристики элементов ВЦ-43 с катодом из угля СИТ при нагрузке 510 Ом и щелочным электролитом.
Характеристики	1ППЛ	1П100	2П100	4П100	1СМН	1СПН+1П100	1СПН+1СПН	2П100+1СПН	1П100+1СПН
Напряжение разомкнутой цепи, В	1,44	1,44	1,44	1,44	1,45	1,45	1,45	1,45	1,45
Напряжение под нагрузкой, В	1,26	1,30	1,32	1,27	1,32	1,27	1,27	1,30	1,33
Емкость, мА·ч	200	190	180	180	143	165	160	180	170

Достигнута независимость начального напряжения разомкнутой цепи от выдержки элементов на воздухе в течение 168 часов и от установившегося сразу, что говорит об оптимальной конструкции воздушного электрода. Испытания ХИТ с углем марки СИТ показали, что как с предварительной выдержкой на воздухе 120 часов, так и без нее значения емкости элементов совпали при нагрузке 0,51; 1,0; 15 кОм и оказались равны 200 мА·ч, что говорит об оптимальных условиях протекания электрохимических процессов на границе раздела трех фаз. Автоматизированная сборка ХИТ с сепараторной пленкой ППЛ на роторной линии позволяет выпускать элементы, близкие по своим параметрам к теоретическим (220 мА·ч) в указанных габаритах с высоким сроком хранения.

Источники информации

1. А.С. № 1499671 (СССР), H01M 4/98, 1988.

2. A.C. № 2044370 (СССР), H01M 4/98, 1974.